Владимир Петляков родился 27 июня 1891 года в селе Самбек, Ростовская область. Его детство прошло в семье Михаила Ивановича и Марии Евсеевны. После окончания технического училища в Таганроге, он продолжил свое образование в Москве, в Императорском техническом училище, а затем в Московском Высшем Техническом Училище. В то время он также работал лаборантом в аэродинамической лаборатории. В составе конструкторской группы Андрея Туполева Петляков участвовал в разработке глиссеров, аэросаней и самолетов.
С начала 1925 года и в течение двенадцати лет Петляков трудился в Центральном Аэрогидродинамическом институте. Здесь он занимался проектированием крыльев, руководил группой, а также временно замещал Андрея Туполева в секторе опытного самолетостроения.
Особую роль сыграл Петляков в создании самолета АНТ-25 «РД», который впервые поднялся в воздух 22 июня 1933 года под управлением Михаила Громова. Он разработал для этого самолета крыло-цистерну большого удлинения и руководил рекордными перелетами. На АНТ-25 были совершены два знаменитых перелета через Северный полюс в США летом 1937 года.
С бригадой Петлякова начиная с лета 1934 года велась разработка тяжелого четырехмоторного бомбардировщика ТБ-7, призванного заменить устаревший ТБ-3. Однако в октябре 1937 года, по ложному обвинению, Андрей Туполев был арестован, а вслед за ним и ближайшие сподвижники, включая Владимира Петлякова.
В заключении Петлякову было поручено возглавить проект высокоскоростного высотного двухмоторного истребителя с турбокомпрессорами. Однако в последний момент ему было приказано переделать самолет в пикирующий бомбардировщик. За 45 дней Петляков успешно выполнил задание, и самолет, получивший обозначение ПЕ-2, был запущен в серийное производство. В июле 1940 года Петлякова и его коллег освободили из тюрьмы.
12 января 1942 года в авиационной катастрофе погиб Владимир Михайлович Петляков, при перелете из Казани в Москву. Причиной трагедии стало подтекание бензина и пожар на борту самолета на малой высоте. К моменту удара о землю машина была в неуправляемом состоянии. Похоронили Петлякова в Казани на Арском кладбище.
